如何利用加速度传感器测量物体的倾斜角度？

说明

测量物体的倾斜角度是加速度传感器的一种常见应用，虽然测试原理十分简单，但具体实现过程中仍然会遇到很多问题，比如倾斜角度的精度问题，环境干扰问题。本文将对精度问题进行讨论，并给出一种简化的计算方式。

基本原理

由于加速度传感器在静止放置时受到重力作用，因此会有1g的重力加速度。利用这个性质，通过测量重力加速度在X/Y轴上的分量，可以计算出在垂直平面上的倾斜角度。

如图所示，有Ax=gsinα，Ay=gcosα。则Ax/Ay=tanα，即α=arctan（Ax/Ay）。

根据以上原理就可以根据2轴加速度传感器测量X-Y的平面上的倾斜角度。

但是在实际应用中，很难保证倾斜只发生在X-Y平面。因此，用三轴传感器的倾角计算公式可拓展如下：

上述公式基本解决了静态环境下的倾角计算，我们再考虑一种更复杂的场景，运动条件下计算倾角，就需要再增加一个限定条件，即：

硬件实现

目前，在消费类产品中使用的加速度主要为数字输出（I2C/SPI），可以非常简单的跟MCU通信，实现测量功能。ST提供的产品按照精度分为LIS2DH12TR（12bit），LIS2HH12TR（16bit），车规加速度AIS328DQTR（12bit）。

倾斜角度的精度和加速度值的分辨率之间的关系:

• 8bit的ADC可以得到3.4。以上的精度

• 10bit的ADC可以得到0.8。以上的精度

• 12bit的ADC可以得到0.2。以上的精度

• 14bit的ADC可以得到0.05。以上的精度

• 16bit的ADC可以得到0.0124。以上的精度